DE2811099A1

DE2811099A1 - Voltage controller and reactive power compensator - has extra capacitor in distribution line between grounded capacitor and grounded inductor

Info

Publication number: DE2811099A1
Application number: DE19782811099
Authority: DE
Inventors: Mark Samuilovitsch Libkind; Michail Michailovitsc Naletsky; Vsevolod Grigorievitsc Pekelis; Viktor Moiseevitsch Sorokin
Original assignee: GNI ENERGETICHESKY INST
Current assignee: GNI ENERGETICHESKY INST
Priority date: 1978-03-01
Filing date: 1978-03-14
Publication date: 1979-09-20
Also published as: JPS54121940A; FR2425748A1; SE419390B; DE2811099C2; SE7802727L; GB1591499A; FR2425748B1

Abstract

The voltage controller and reactive power compensator, for power networks, has a capacitor battery and a controllable inductor in parallel with the power network's distribution line. An additional capacitor battery (6) is located in the distribution line (3) in series between the first capacitor battery (4) and the controllable inductor (5). The advantage lies in the controller/compensator regulating the voltage and reactive power smoothly without needing capacitors of large rated power. The controller/compensator is effective over a wide range of loads with various power factors.

Description

Einrichtung zur Spannungsreglung und Blindleistungs- Device for voltage regulation and reactive power

kompensation in Abspannstationen und auf Verteilungsleitungen Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Verteilung der Elektroenergie, insbesondere auf eine Einrichtung zur Spannungsreglung(einstellung) und Blindleistungskompensation in Abspannstationen und auf strahlenförmig ausgehenden (radialen) Verteilungsleitungen (Ubertragungsleitungen). compensation in substations and on distribution lines The Invention relates to the field of distribution of electrical energy, in particular to a device for voltage regulation (setting) and reactive power compensation in tensioning stations and on radiating (radial) distribution lines (Transmission lines).

Spannungsreglung und Blindleistungskompensation sind miteinander verbunden, und zwar ändert sich bei einer Kompensation der Blindlast einer Verteilungsleitung deren Spannung. Zur Zeit erfolgt jedoch die zur Verminderung der Leistungs- und Energieverluste in Verteilungsleitungen durchgeführte Blindleistungskompensation und Spannungsreglung in Elektroenergieverbrauchern (Abnehmeranlagen) mittels verschiedener Einrichtungen. Voltage regulation and reactive power compensation are with each other connected, and that changes with a compensation of the reactive load of a distribution line their tension. At the moment, however, is being carried out to reduce the Performance and energy losses in distribution lines and voltage regulation in electrical energy consumers (consumer systems) by means of various Facilities.

Es gibt eine Einrichtung zur Spannungsreglung, nämlich einen Transformator mit Stufenumschaltung der Anzapfungen unter Last. Diese Einrichtung wie auch jeder Stufenregler ist wegen einer vorhandenen Unempfindlichkeitszone nachteilig, die größer als die Regelstufe ist. Transformatoren mit Thyristor-Umschaltern haben infolge ihrer Kompliziertheit, ungenügenden Betriebssicherheit und hohen Kosten keinen großen Anwendungsbereich. Transformatoren mit elektromechanischen Umstellern sind zwar konstruktiv einfach, besitzen jedoch eine Regelträgheit und bewegliche Teile, die Wartungsarbeiten erfordern. Der Spannungsregelbereich von Transformatoren mit Stufenumschaltung vermindert sich mit zunehmender Länge der Speiseleitung. Der Transformator kann weder die Last-Blindleistung kompensieren noch die Leistungsverluste in der Verteilungsleitung herabsetzen. There is a device for voltage regulation, namely a transformer with level switching of the taps under load. This institution as well as everyone Step regulator is disadvantageous because of an existing dead zone, the is greater than the control level. Transformers with thyristor switches have as a result their complexity, inadequate operational safety and high costs not a great deal Scope of application. Transformers with electromechanical converters are true structurally simple, but have a control inertia and moving parts that Require maintenance. The voltage regulation range of transformers with step switching decreases with increasing length of the feed line. The transformer can neither compensate the load reactive power nor the power losses in the distribution line reduce.

Eine andere bestehende Einrichtung zur Spannungsreglung stellt auch eine Kondensatorbatterie zur kapazitiven Reihenkompensation dar. Diese Einrichtung gewährleistet eine trägheitslose Spannungserhöhung, die proportional dem Blindstrom durch die Kondensatorbatterie ist, und kompensiert einen Teil des Spannungsabfalles in der Speiseleitung. Another existing voltage regulation facility also provides a capacitor bank for capacitive series compensation. This device ensures an inertia-free voltage increase that is proportional to the reactive current through the capacitor bank and compensates for part of the voltage drop in the feed line.

Ein Nachteil der Einrichtung zur kapazitiven Reihenkompensation besteht im geringen Wert der Spannungserhöhung, falls die Last einen hohen Leistungsfaktor, nämlich nahe Eins, aufweist. Außerdem gewährleistet die Einrichtung nicht die erforderliche Last-Blindleistungs-Kompensation und kann deshalb die Leistungsverluste in der Verteilungsleitung nicht auf einen optimalen Wert herabsetzen.There is a disadvantage of the device for capacitive series compensation in the low value of the voltage increase, if the load has a high power factor, namely close to one. In addition, the facility does not guarantee the necessary Load reactive power compensation and can therefore reduce power losses in the distribution line do not reduce to an optimal value.

Bekannte Einrichtungen zur Blindleistungskompensation sind auch verschiedene Blindleistungsquellen, die parallel der Leitung zugeschaltet werden, nämlich synchrone Blindleistungsmaschinen und Nebenschluß-Kondensatorbatterien, die ungesteuert oder verschiedenartig gesteuert ausgeführt werden können (vgl. Bericht 31-08, CIGRE, 1974). Known devices for reactive power compensation are also different Reactive power sources that are connected in parallel to the line, namely synchronous Reactive power machines and shunt capacitor banks that are uncontrolled or can be controlled in various ways (see report 31-08, CIGRE, 1974).

Diese Kompensationseinrichtungen vermindern zwar die Leistungsverluste in der speisenden Verteilungsleitung, können aber die Spannungsreglung nicht im erforderlichen Bereich gewährleisten.These compensation devices reduce the power losses in the feeding distribution line, but the voltage regulation cannot be implemented in the ensure the required area.

Es ist auch eine Einrichtung zur Spannungsreglung und Blindleistungskompensation in Abspannstationen und auf Verteilungsleitungen bekannt, die eine Kondensatorbatterie und eine steuerbare (oder sättigbare) Drosselspule enthält, die parallel der Verteilungsleitung zugeschaltet sind (vgl. z. B. Bericht 31-08, CIGRE, 1974). It is also a device for voltage regulation and reactive power compensation known in substations and on distribution lines that have a capacitor bank and includes a controllable (or saturable) inductor placed in parallel with the distribution line are switched on (see e.g. report 31-08, CIGRE, 1974).

Diese Einrichtung ist wegen der Unmöglichkeit der Spannungsreglung im erforderlichen Bereich sowie der großen Nenn-Leistung der Kondensatoren und der Drosselspule nachteilig, wenn diese aufgrund der Bedingung der Spannungserhöhung an der Last gewählt wird. This facility is because of the impossibility of voltage regulation in the required range as well as the large nominal power of the capacitors and the Choke coil disadvantageous if this is due to the condition of the voltage increase is chosen at the load.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung zur Spannungsreglung und Blindleistungskompensation in Abspannstationen und auf strahlenförmig ausgehenden Verteilungsleitungen zu schaffen, deren Schaltungsaufbau eine stufenlose Reglung der Spannung und der Blindleistung bei gleicher oder verminderter Nenn-Leistung der Einrichtung ermöglicht. It is therefore the object of the invention to provide a device for voltage regulation and reactive power compensation in tensioning stations and on radially outgoing ones To create distribution lines, the circuit structure of which is a stepless regulation the voltage and the reactive power with the same or reduced nominal power the facility allows.

Die Lösung dieser Aufgabe bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art erfolgt erfindungsgemäß durch die Lehre nach dem Kennzeichen des Patentanspruchs. The solution to this problem with a facility of the type mentioned at the beginning Art takes place according to the invention by the teaching according to the characterizing part of the patent claim.

Auf diese Weise ermöglicht die Einrichtung zur Spannungsreglung und Blindleistungskompensation die gleichzeitige Lösung von zwei Betriebsaufgaben, nämlich Spannungsreglung und Blindleistungskompensation. Die Wirksamkeit der Reglung wird in einem breiten Last-Anderungsbereich mit unterschiedlichen Leistungsfaktoren (auch nahe 1) sichergestellt. In this way, the device allows for voltage regulation and Reactive power compensation the simultaneous solution of two operational tasks, namely Voltage regulation and reactive power compensation. The effectiveness of the scheme will in a wide load change range with different power factors (also close to 1) ensured.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 das Prinzipschaltbild der Einrichtung zur Spannungsreglung und Blindleistungskompensation; Fig. 2 wie Fig. 1 mit Anordnung der Kondensatorbatterien jedoch an der Hochspannungsseite des Transformators. The invention is explained in more detail, for example, with the aid of the drawing. The figures show: FIG. 1 the basic circuit diagram of the device for voltage regulation and FIG Reactive power compensation; Fig. 2 like Fig. 1 with the arrangement of the capacitor banks but on the high voltage side of the transformer.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Einrichtung 1 zur Spannungsreglung und Blindleistungskompensation ist der Eingang an die Niederspannungswicklung eines Transformators 2 einer Abspannstation angeschlossen. Die Einrichtung 1 enthält eine parallel zu einer Verteilungsleitung 3 angeschlossene Kondensatorbatterie 4 und eine steuerbare Drosselspule 5 sowie eine Kondensatorbatterie 6, die in die Verteilungsleitung 3 zwischen den Anschlußstellen der Kondensatorbatterie 4 und der steuerbaren Drosselspule 5 geschaltet ist. In the device 1 for voltage regulation shown in FIG and reactive power compensation is the input to the low voltage winding of a Transformer 2 connected to a substation. The device 1 includes a capacitor bank 4 and connected in parallel to a distribution line 3 a controllable choke coil 5 and a capacitor bank 6, which are in the distribution line 3 between the connection points of the capacitor bank 4 and the controllable choke coil 5 is switched.

Der Ausgang der Einrichtung 1 ist an Schienen 7 der Abspannstation angeschlossen, von denen strahlenförmig Verteilungsleitungen 8 zur Abnehmerspeisung abgehen. In Fig. 1 ist an einer der Verteilungsleitungen 8 eine andere Einrichtung 9 zur Spannungsreglung und Blindleistungskompensation isntalliert, die ähnlich der Einrichtung 1 ist. The exit of the device 1 is on rails 7 of the guy station connected, of which radial distribution lines 8 to the consumer supply go off. In Fig. 1, on one of the distribution lines 8 is another device 9 is integrated for voltage regulation and reactive power compensation, which is similar to that of Facility 1 is.

Möglich ist auch eine derartige Variante des Anschlusses der erfindungsgemäßen Einrichtung 10 (Fig. 2), daß die Kondensatorbatterien 4 und 6 auf der Hochspannungsseite des Transformators 2 angeschlossen sind. Der Anschluß beider Kondensatorbatterien 4 und 6 bzw. nur einer Kondensatorbatterie 4 (Nebenschlußbatterie) auf der Hochspannungsseite des Transformators 2 kann sich bei der Anordnung der Kondensatorbatterien 4 und 6 aus einzelnen Kondensatoren, die untereinander in Reihe und parallel geschaltet sind, als zweckmäßig erweisen. Die Wahl der Schaltung der in Fig. 1 dargestellten Einrichtung 1 oder der in Fig. 2 dargestellten Einrichtung 10 ist hauptsächlich vom Typ der angewendeten Kondensatoren abhängig. Die Ausführung der in Fig. 1 dargestellten Einrichtung 1 ermöglicht,den Transformator 2 vom Lastblindstrom zu entlasten. Such a variant of the connection of the invention is also possible Device 10 (Fig. 2) that the capacitor banks 4 and 6 on the high-voltage side of the transformer 2 are connected. The connection of both capacitor banks 4 and 6 or only one capacitor battery 4 (shunt battery) on the high-voltage side of the transformer 2 can differ in the arrangement of the capacitor banks 4 and 6 from individual capacitors connected in series and in parallel with each other prove to be appropriate. The choice of the circuit shown in FIG Device 1 or the device 10 shown in Fig. 2 is mainly depends on the type of capacitors used. The execution of the shown in FIG Device 1 enables the transformer 2 to be relieved of the reactive load current.

Die Einrichtung 1 ermöglicht eine zentralisierte Spannungsreglung an den Schienen 7 der Abspannstation. Bei nichtübereinstimmenden Lastkennlinien der über die Verteilungsleitungen 8 gespeisten Abnehmer kann es sich als notwendig erweisen, die Einrichtung 1 der zentralisierten Reglung durch die Einrichtung 9 zur gesonderten Spannungsreglung und Blindleistungskompensation zu ergänzen, die am Empfangsende einer oder mehrerer strahlenförmig abgehender Verteilungsleitungen 8 installiert wird. The device 1 enables centralized voltage regulation on the rails 7 of the guy station. If the load characteristics do not match the consumers fed via the distribution lines 8 may find it necessary prove the facility 1 of the centralized regulation by the facility 9 to supplement the separate voltage regulation and reactive power compensation, the at the receiving end of one or more distribution lines radiating outwards 8 is installed.

Schaltungs- und funktionsmäßig ist die Einrichtung 9 analog der Einrichtung 1. In terms of circuitry and function, the device 9 is analogous to the device 1.

Die Einrichtung 1 (Fig. 1) zur Spannungsreglung und Blindleistungskompensation arbeitet folgendermaßen: Die Nebenschluß-Kondensatorbatterie 4 kompensiert die Blindkomponente des Stroms der speisenden Verteilungsleitung 3 und gewährleistet eine Verminderung der Leistungsverluste in der Verteilungsleitung 3 bis auf einen wirtschaftlich vertretbaren Wert sowie eine gewisse Erhöhung der Spannung im Anschlußpunkt der Kondensatorbatterie 4. The device 1 (Fig. 1) for voltage regulation and reactive power compensation works as follows: The shunt capacitor battery 4 compensates for the reactive component of the current of the feeding distribution line 3 and guaranteed a reduction in the power losses in the distribution line 3 to one economically justifiable value as well as a certain increase in voltage at the connection point the capacitor bank 4.

Wird anstelle der Einrichtung 1 als Ganzes nur die Nebenschluß-Kondensatorbatterie 4 eingesetzt, so muß man für minimale Verluste in der Verteilungsleitung 3 bei Laständerungen die Kondensatorbatterie 4 verstellbar ausführen, d. h. als einige umschaltbare Sektionen. Bei Einsatz der Kondensatorbatterie 4 allein ist die Spannung an der Last ungenügend.If instead of the device 1 as a whole, only the shunt capacitor battery 4 is used, so one must for minimal losses in the distribution line 3 with load changes make the capacitor bank 4 adjustable, d. H. than some switchable sections. When the capacitor battery 4 is used alone, the voltage across the load is insufficient.

Die Kondensatorbatterie 6 zur kapazitiven Reihenkompensation gewährleistet eine Spannungserhöhung an den Schienen 7 der Abspannstation, die im wesentlichen proportional der Blindkomponente des durch die Kondensatorbatterie 6 fließenden Laststroms ist. Eine Anderung der Spannungserhöhung erfolgt verzögerungsfrei bei Laständerung. Der Wert der Spannungserhöhung ist desto größer, je kleiner der Last-Leistungsfaktor ist. Benutzt man anstelle der Einrichtung 1 als Ganzes nur die Kondensatorbatterie 6 zur Reihenkompensation, so ist es im allgemeinen unmöglich, die Leistungsverluste in der Verteilungsleitung 3 auf einen optimalen Wert herabzusetzen. Außerdem ist bei einem hohen Last-Leistungsfaktor die durch die Kondensatorbatterie 6 erzeugte Spannungserhöhung ungenügend. The capacitor battery 6 ensures capacitive series compensation an increase in tension on the rails 7 of the guy station, which is essentially proportional to the reactive component of the flowing through the capacitor bank 6 Load current is. The voltage increase is changed without delay at Load change. The value of the voltage increase is greater, the smaller the load power factor is. If only the capacitor bank is used instead of the device 1 as a whole 6 for series compensation, it is generally impossible to reduce the power losses reduce in the distribution line 3 to an optimal value. Also is that generated by the capacitor battery 6 at a high load power factor Increase in voltage insufficient.

Die steuerbare Drosselspule 5 ist zur Vergrößerung der Spannungserhöhung, die durch die Kondensatorbatterie 6 zur Reihenkompensation bei einem Reihenkompensationsgrad von über 100 % erzeugt wird, sowie zur Reglung dieser Spannungserhöhung nach einem gewählten Gesetz bestimmt. Die Regelwirkung wird durch die Anderung der durch die Drosselspule 5 aufgenommenen Leistung und der Blindkomponente des durch die Kondensatorbatterie 6 fließenden Stromes erzielt. Dabei muß die Leistung der Drosselspule 5 zur Erhöhung der Spannung an den Schienen 7 erhöht werden. Die Leistungsverluste in der Leitung 3 werden dabei dank Auswahl der entsprechenden Leistung der Nebenschluß-Kondensatorbatterie 4 nicht vergrößert. Ist der Last-Leistungsfaktor nicht groß und erweist sich die Spannungserhöhung, die durch die Kondensatorbatterie 6 beim Durchfluß des Last-Blindstroms erzeugt wird, als genügend, so vermindert sich die Leistung der steuerbaren Drosselspule 5 unter der Wirkung eines automatischen Reglers (nicht gezeigt) auf einen Minimalwert. Im Betrieb maximaler Last bei einem hohen Leistungsfaktor, wenn sich die durch die Kondensatorbatterie 6 erzeugte Spannungserhöhung als ungenügend erweist, erhöht sich automatisch die Leistung der steuerbaren Drosselspule 5 und proportional zu dieser steigt auch die Spannungserhöhung an. Durch entsprechende Abstimmung des Regelsystems der Drosselspule 5 kann die Ausgangsspannung der Einrichtung 1 nicht nur nach der Blind-, sondern auch nach der Wirkkomponente des Laststroms oder nach anderen Betriebsparametern geregelt werden. Benutzt man anstelle der Einrichtung 1 als Ganzes nur die Kondensatorbatterie 4 und die steuerbare Drosselspule 5, die parallel zu der Verteilungsleitung 3 angeschlossen sind, so ist die Spannungserhöhung an der Last ungenügend und vermindert sich die Größe der Spannungserhöhung mit zunehmender Leistung der steuerbaren Drosselspule 5. Die Leistung der Kondensatorbatterie 4 und der steuerbaren Drosselspule 5, die entsprechend der erforderlichen Spannung gewählt wird, ist dabei größer als die Leistung der Bauelemente der Einrichtung 1 im Ganzen. Die Anderung der resultierenden Blindleistung der Einrichtung 1 durch stetige Reglung der Leistung der steuerbaren Drosselspule 5 ermöglicht, von der stufenweisen oder diskreten Reglung der Nebenschluß-Kondensatorbatterie 4 ab zukommen. Benutzt man als die Drosselspule 5 eine Drosselspule, die durch Vormagnetisierung gesteuert oder mittels Thyristoren geschaltet wird, so läßt sich die Einrichtung 1 statisch, d. h. ohne bewegliche Teile, ausführen. Eine derartige Einrichtung ist betriebssicher und erfordert kein ständiges Betriebspersonal. The controllable choke coil 5 is to increase the voltage increase, that by the capacitor battery 6 for series compensation in the case of a series compensation degree of over 100% is generated, as well as to regulate this voltage increase after a chosen law. The control effect is determined by the change in the Choke coil 5 consumed power and the reactive component of the capacitor bank 6 achieved flowing current. It must the power of the choke coil 5 to increase the tension on the rails 7 can be increased. The performance losses in the line 3 are thereby thanks to the selection of the appropriate power of the shunt capacitor battery 4 not enlarged. If the load power factor is not great and the Voltage increase caused by the capacitor bank 6 when the load reactive current flows through is generated than sufficient, the output of the controllable choke coil is reduced 5 under the action of an automatic controller (not shown) to a minimum value. In operation at maximum load at a high power factor, if the through the Capacitor battery 6 generated voltage increase proves to be insufficient, increased automatically increases the power of the controllable inductor 5 and proportionally this also increases the voltage increase. Appropriate coordination of the The control system of the choke coil 5 cannot control the output voltage of the device 1 only according to the reactive, but also according to the active component of the load current or after other operating parameters can be regulated. Used instead of the facility 1 as a whole only the capacitor bank 4 and the controllable choke coil 5, the are connected in parallel to the distribution line 3, the voltage increase insufficient at the load and the size of the voltage increase decreases with increasing Power of the controllable choke coil 5. The power of the capacitor bank 4 and the controllable choke coil 5, which corresponds to the required voltage is chosen, is greater than the performance of the components of the device 1 in total. The change in the resulting reactive power of the device 1 by continuous regulation of the power of the controllable inductor 5 allows from the gradual or discrete regulation of the shunt capacitor battery 4 to come from. If a choke coil is used as the choke coil 5, which is caused by pre-magnetization controlled or is switched by means of thyristors, so can the device 1 static, d. H. without moving parts. Such a one The facility is safe to operate and does not require permanent operating personnel.

Die Einrichtung 9 und die Einrichtung 10 (Fig. 2) funktionieren ähnlich, wie oben beschrieben. The device 9 and the device 10 (Fig. 2) function similarly, as described above.

L e e r s e i t eL e r s e i t e

Claims

Claim device for voltage regulation and reactive power compensation in tensioning stations and on distribution lines radiating outwards, with a capacitor bank and with a controllable choke coil that runs parallel to the Distribution line are switched on, characterized by an additional capacitor bank (6) in the distribution line (3) in series between the connection points of the first Capacitor battery (4) and the controllable choke coil (5).